[发明专利]自恢复机制的抗单粒子翻转与瞬态扰动的D触发器结构

说明书

一种自恢复机制的抗单粒子翻转与瞬态扰动的D触发器结构，包括：第一基本D触发器，包括数据输入端D、时钟输入端CK、低电平有效清零使能端CLRN1、低电平有效置位使能端PRN1以及数据输出端R1；第二基本D触发器,包括数据输入端D、时钟输入端CK，低电平有效清零使能端CLRN2、低电平有效置位使能端PRN2以及数据输出端R2；表决器，所述表决器的两个输入端分别连接R1和R2，所述表决器的另一输入端连接表决器的数据输出端Q，形成自反馈表决结构；判断电路，其一输入端连接R1，其另一输入端连接R2；以及恢复电路，其一输入端与所述表决器的输出端Q相连，另一输入端与所述判断电路的输出端E相连，其输出端分别连接所述第一基本D触发器和第二基本D触发器。

技术领域

本公开涉及集成电路设计领域，尤其涉及一种自恢复机制的抗单粒子翻转与瞬态扰动的D触发器结构。

背景技术

宇宙空间中存在大量的高能带电粒子，当它们撞击到半导体器件的特定区域时，会使器件的状态发生非正常的改变，这会对器件的可靠性产生严重的影响，这种现象便是单粒子效应。单粒子效应按对器件造成危害的可恢复性主要分为软错误和硬错误两类。单粒子翻转与单粒子瞬态扰动是两种常见的软错误。单粒子翻转是单个粒子撞击使得集成电路中的敏感节点发生状态变化的现象，一般情况下对存储电路影响更明显。单粒子瞬态扰动是单个粒子撞击使电荷沉积并产生瞬时的电压扰动的现象，一般情况下对组合逻辑电路影响更明显。单粒子瞬态扰动如果在发生在闭环的电路或者时序电路中，也会可能导致单粒子翻转。

D触发器是集成电路中一个重要的基本结构。它是实现其他更复杂时序逻辑电路的基础。在有抗辐照需求的集成电路设计中一个可以抗单粒子翻转与单粒子瞬态扰动的D触发器非常重要，它的性能对整个集成电路的抗单粒子翻转与单粒子瞬态扰动的能力起着决定性的作用。

对于单粒子翻转与单粒子瞬态扰动，常用的解决办法是三模冗余。对于D触发器来说，传统的三模冗余结构如图1所示。其由三个完全相同的D触发器结构与一个表决器结构组成。当三个D触发器的某一个D触发器由于单粒子效应发生翻转时，其他两个D触发器仍能正常工作，最后由表决器进行表决，最后输出的结果仍然是正确的。

上述的传统三模冗余D触发器虽然能对单粒子效应起到一定的抵抗作用，但它没有自恢复能力，即因单粒子效应发生翻转的D触发器无法恢复到正常的工作状态。当电路长时间不刷新时，有可能另外两个D触发器也发生翻转，此时的三模冗余结构便失效了，无法得到正常的输出。

公开内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种，以缓解现有技术中三模冗余D触发器中因单粒子效应发生翻转的D触发器无法恢复到正常的工作状态，导致其它D触发器也发生翻转时三模冗余结构失效等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种自恢复机制的抗单粒子翻转与瞬态扰动的D触发器结构，包括：第一基本D触发器，包括数据输入端D、时钟输入端CK、低电平有效清零使能端CLRN1、低电平有效置位使能端PRN1以及数据输出端R1；第二基本D触发器,包括数据输入端D、时钟输入端CK，低电平有效清零使能端CLRN2、低电平有效置位使能端PRN2以及数据输出端R2；表决器，包含有三个输入端和一个数据输出端Q，所述表决器的两个输入端分别连接所述第一基本D触发器数据输出端R1和所述第二基本D触发器的数据输出端R2，所述表决器的另一输入端连接表决器的数据输出端Q，形成自反馈表决结构；所述输出端Q也是所述自恢复机制的抗单粒子翻转与瞬态扰动的D触发器结构的数据输出端；判断电路，包括两个输入端以及一个输出端E，其一输入端连接所述第一基本D触发器数据输出端R1，其另一输入端连接所述第二基本D触发器数据输出端R2；以及恢复电路，其一输入端与所述表决器的输出端Q相连，另一输入端与所述判断电路的输出端E相连，其输出端分别连接所述第一基本D触发器和第二基本D触发器。

在本公开实施例中，所述第一基本D触发器和第二基本D触发器为带异步清零与置位的D触发器。